Formes scolaires

Actuellement, en France, plusieurs formes scolaires d'un rapport expérimental au vivant peuvent se succéder ou coexister, avec des logiques apparentes soit d'investigation, soit d'illustration, et dans un déroulement de curriculum plus ou moins ouvert (école primaire, option sciences expérimentales de classe de Première S) ou, le plus souvent, fermé (SVT dans le secondaire). Logique que je qualifie d'"apparente", car l'analyse d'activités scolaires se présentant comme "d'investigation", montre que celles-ci restent néanmoins, le plus souvent et fondamentalement, au service de l'illustration d'un contenu conceptuel (Bomchil et Darley, 1998 ; Galiana, 1999)74

.

Par exemple, il semble que, pour les SVT au niveau lycée, un désir de "coller" à l'actualité de la recherche scientifique et à son instrumentation conduit à des formes scolaires de reconstruction de ces pratiques, celles-ci étant inabordables pour des élèves. Au niveau de l'élaboration du curriculum, le choix des contenus conceptuels prime, viennent ensuite des interrogations relatives à l'illustration de ces contenus. Comment mettre en place une activité, réalisable dans les contraintes scolaires, acceptable par les enseignants, et si possible simple et peu chère, relative à ces contenus ? Dans ce cas, les questions concernant les activités des élèves et leurs enjeux éducatifs n'apparaissent que secondaires dans les choix.

Des expériences prototypiques

Cette analyse, relative à la "construction secondaire" des activités scolaires, peut être comparée avec celle d'autres didacticiens. En ce qui concerne la physique au lycée, S. Johsua (1989)75 a montré que le rapport à l'expérimental se caractérisait par une "profonde didactisation". Pour faciliter l'interprétation des phénomènes, les situations expérimentales proposées aux lycéens, en effet, mettent en scène :

• soit des objets techniques, qui "par leur finalisation même de leurs fonctions sont souvent producteurs ou patients de phénomènes relativement délimités" ;

• soit des situations artificielles, ne correspondant pas à une transposition-reconstruction de situations inspirées par des phénomènes naturels, l'histoire des sciences ou le fonctionnement d'objets techniques, mais "des créations ex nihilo, et non redevable d'une quelconque transposition à partir d'un domaine non didactique".

En plus de cette didactisation approfondie, Johsua a analysé l'importance donnée par les enseignants à l'option inductiviste, dans ces formes scolaires expérimentales avec : • une tendance à avoir recours à des "expériences fondatrices", de "mise en

évidence" et qui permettent de présenter un maximum de "faits " ;

• l'utilisation systématique d'"expériences prototypiques", qui visent à présenter le

74

BOMCHIL, S. & DARLEY, B. (1998). L'enseignement des sciences est-il vraiment inductiviste ? Aster 26 : 85-108

GALIANA, D. (1999). Op. cit.

75

JOHSUA, S. (1989). Le rapport à l'expérimental dans la physique de l'enseignement secondaire. Aster 8 : 29-54.

plus rapidement possible la "loi", quitte à en vérifier ultérieurement le validité. Favoriser d'autres options

Plusieurs facettes de l'éducation scientifique (extrait du texte 17)

Dans l'enseignement des sciences en France, les priorités des guidages pédagogiques correspondent, globalement, à la gestion d'activités à l'école élémentaire, à l'enseignement de contenus au lycée, avec des positions intermédiaires au collège. Le point de vue développé sur les pratiques expérimentales dans cet article est de montrer qu'il serait possible, dans le secondaire, d'offrir d'autres facettes de l'éducation scientifique, et d'aider les enseignants de sciences à clarifier leur position lors de la conception des différents enseignements qu'ils auront à assurer.

D'autres options pourraient cependant être envisagées, argumentait encore Johsua. Ryder et Leach (1998)76

, par exemple, ont analysé que le travail sous forme de projet de recherche, développé dans quelques cursus universitaires, au niveau de la licence, facilitait la compréhension des étudiants relative aux pratiques effectives de la science. Cette forme d'activités expérimentales a été également étudiée en France. Ainsi Darley (1992)77 en biologie, et Guillon (1996) 78 en physique, ont exploré d'autres possibilités, telles des démarches d'investigation hypothético-déductives et des processus de modélisation, dans un contexte universitaire, c'est-à-dire auprès de futurs spécialistes, et avec des contraintes de temps didactiques peut être moins fortes que dans le secondaire. Au lycée, l'option sciences expérimentales de la classe de Première S, qui peut être rapprochée du module SCI (Science Curriculum Investigation) de nos collègues anglo-saxons (Dungan et Gott, 1995), offre un cadre privilégié pour mettre en œuvre une telle investigation empirique. Elle donne la possibilité de réaliser de lon-gues expériences, de s'affronter à la résistance du réel et de faciliter une meilleure compréhension de certains aspects du travail scientifique. Cette option disparaît cependant, sous cette forme, à la rentrée scolaire 2000.

L'histoire des sciences peut contribuer à représenter un domaine de référence d'expérience historique, elle peut aussi aider le didacticien à trouver des idées de situation d'apprentissage nouvelles (texte 7). Ainsi, les études historiques entreprises par Darley sur la complexité de la construction du concept de potentiel d'action, l'ont conduit à mesurer avec prudence l'apparente simplicité de l'illustration du concept par son phénomène, telle qu'elle est couramment pratiquée en TP. Une transposition du travail de Erhlanger et Gasser79 a pu ainsi être proposée aux étudiants comme approche

76

RYDER, J., & LEACH, J. (1998). Enseigner les pratiques effectives de la science : expériences d'étudiants en projet de recherche de licence. Didaskalia, 12 : 39-61.

77 DARLEY B. (1992). L'enseignement de la démarche scientifique dans les travaux de biologie à l'Université.

Analyse et propositions. Thèse de doctorat : Université Grenoble 1.

78

GUILLON, A. (1996). Étude épistémologique et didactique de l'activité expérimentale en vue de

l'enseignement et de l'apprentissage des démarches du physicien, dans le cadre des travaux pratiques de première et de deuxième année d'université. Thèse de doctorat : Université Paris-Sud

79

Etudes de 1937. Reconstruction du potentiel d'action du nerf de grenouille à partir de mesures faites sur les vitesses de conduction des fibres en fonction de leur diamètre.

du potentiel nerveux, une fois défini le potentiel d'action neuronal. Dans le cas de l'apprentissage du cycle de Krebs (texte 19), nous avons proposé aux élèves une adaptation des manipulations de Krebs, pour leur faire s’approprier des techniques d’investigation, et pour créer des phénomènes afin de les questionner, notamment pour faire émerger un questionnement sur le vivant. L’utilisation des sources historiques, sur l’évolution des problèmes scientifiques, sur les propositions successives de modéli-sation du cycle de Krebs, et l'évocation d'autres expériences scientifiques ont permis d'élargir le référent empirique des élèves et de valider la modélisation du cycle de Krebs à un ensemble de vivants. Ces situations ont été l’occasion de développer l’utilisation du modèle de cycle de Krebs, de le limiter au seul monde vivant aérobie, d'envisager l'hypothèse d'une apparition précoce de ce mécanisme dans l'évolution, et de le complexifier en fonction des besoins. Ce fut aussi l'occasion de comprendre qu’une invention scientifique naît dans un contexte donné.

Diversité des formes scolaires

Même si certaines apparaissent plus marginales, on constate, en fait, une grande diver-sité dans les possibilités de formes scolaires d'un rapport expérimental au vivant : pratiques expériencielles d'élevage ou de jardinage, dans des coins ou au cours d'ateliers ; activités de manipulation ; activités d'initiation expérimentale ; travaux pratiques avec application de consignes ; investigation sur problème plus ou moins ouvert ; réalisation de projet ; organisation de recueil de données empiriques ; présen-tation de montages expérimentaux ; évocation d'expériences scientifiques, historiques ou contemporaines, recours à la vidéo)80

.…

Ces différentes formes peuvent, elles-mêmes, présenter une très grande variété. Pour caractériser les différentes formes de TP au lycée, par exemple, le projet européen Labwork in Science Education (1998)81 propose une "carte d'analyse", tandis que Nott (1996)82 avance une dénomination selon trois "facettes" : experience, exercice et investigation. Experience, pour Nott, permet une familiarisation aux phénomènes et objets. Exercice correspond à l'ouverture d'une boîte noire, avec l'apparition d'incidents critiques ou des résultats inattendus, ce qui procure une opportunité pour enseigner la nature de la science. Investigation, enfin désigne la résolution de problème ouvert, sans "bonnes réponses" attendues : celle-ci, selon Nott, reste rare et souvent éloignée des pratiques réelles des scientifiques.

80

Pour la question du recours à la vidéo, voir N'DIAYE, V. (1990). Évaluation de l'utilisation de la vidéo dans

les Travaux Pratiques universitaires de biologie. Thèse de doctorat : Univerisité Lyon 1.

81

SÉRÉ, M.-G. (coord.) (1998). Labwork in Science Education. Les Travaux pratiques dans l'enseignement des sciences. Document 11. Commission Européenne.

82

Hodson (1993)83, de son côté, montra que les priorités données par les professeurs affectent la manière dont ils utilisent le laboratoire scolaire. Ceux qui augmentent l'ap-prentissage de contenus conceptuels donnent toujours la priorité à ceux que les élèves donnent la "bonne réponse", à la différence de ceux qui privilégient la fonction d'investigation dans le progrès des sciences.

Les travaux pratiques ont, nous l'avons vu, toujours été problématiques, point de vue de "vérification" ou d'"investigation" étant toujours source de contentieux : "vérification" a souvent été identifiée comme une vue de la science dogmatique, tandis que "investigation" privilégiait celle de découverte et de création de savoirs. La recherche scientifique comporte cependant les deux activités.

"Faire de la science" ou "apprendre les résultats de la science" ?

Mais à quels enjeux éducatifs correspondent toutes ces formes scolaires ? Pour mieux connaître ceux-ci, plusieurs questions générales seraient à poser.

• Quelles sont les pratiques de l'élève réellement envisagées : expériencier, manipuler ou expérimenter ?

• À quel type de tâche l'élève doit-il s'affronter ? La définition de celle-ci est-elle formelle ou matérielle ?

• Quelle est la logique de la situation expérimentale ? Qu'est-ce qui constitue le moteur de l'activité ? Est-ce l'action de l'élève, avec une logique d'exploration ou d'imitation ? Est-ce la construction et la résolution d'un problème scientifique ? Est-ce plutôt un savoir théorique à valider ?

• Quelles sont les interventions pédagogiques, directes ou indirectes, de l'enseignant ?

• Le réel proposé aux élèves est-il plus ou moins aménagé ?

L’introduction de l’expérience en milieu scolaire semble venir d’un constat apparem-ment simple : puisque la connaissance progresse par l’expérience dans le laboratoire de recherche, pourquoi n’en serait-il pas de même à l’école ? L’expérience qui instruit le scientifique ne peut-elle pas aussi instruire l’élève ? Le problème vient du fait que les élèves et les enseignants sont en bout de chaîne, n’ayant à leur disposition qu’un savoir général, désincarné et coupé de sa base problématique. Toute l’activité du scientifique, toute la démarche y a été gommée. Il ne reste que des résultats, des expli-cations à des problèmes qu’ils ne se sont jamais posés. On n’apprend donc pas aux élèves à "faire de la science", on leur apprend, le plus souvent, les résultats de la science. C’est, en effet, le savoir à enseigner qui, actuellement, commande les expériences mobilisées, à l’opposé de ce qu’exigerait une authentique démarche investigatrice

83

HODSON, D. (1993). Philosophic stance of secondary school science teachers, curriculum expereinces, and children's understanding of science : some preliminary findings. Interchange, 24 : 41-52.

Résistances au changement

L’ancrage des enseignements expérimentaux dans des conceptions empiriques et posi-tivistes de la science est régulièrement dénoncé (Galiana, 1999) :

• conceptions empiriques, par l’insistance sur l’idée de découverte (" voir pour comprendre"), quand le savoir est une construction tortueuse et coûteuse, et sur celle de "soumission aux faits", quand la connaissance scientifique est d’abord critique ;

• conceptions positivistes, par l’insistance sur le respect des étapes obligées d’une méthode (" faire pour comprendre"), symbole d’une rigueur supposée du raison-nement, quand celui-ci n’est qu’une des composantes parmi d’autres de l’activité scientifique.

La conjonction de ces deux postures se traduit habituellement dans l’enseignement scientifique, par des activités qui privilégient la "mise en évidence" supposée de phénomènes et de lois, qui se présentent comme une suite "naturelle" d’opérations réglées, et qui confortent le mythe d’"expériences cruciales". La difficulté du renon-cement à de telles pratiques expérimentales, pourtant invalidées, peut s’expliquer par une convergence d’éléments.

L’interprétation classique selon laquelle la résistance au changement de ces pratiques résulterait des conceptions épistémiques des enseignants sur la science, et d’un déficit de leur formation, est sans doute partiellement juste. Mais elle semble insuffisante, puisque les enquêtes auprès des professeurs (texte 17, texte 39, Vialle, 1998, Galiana, 1999, Lika, 1999) montrent que ceux-ci ne sont pas si dupes du décalage entre leurs pratiques et les exigences d’une science authentique, et qu’ils s’en ouvrent volontiers. D’autres explications sont donc à chercher, car de telles résistances sont toujours porteuses de signification.

On peut en évoquer quelques-unes : elles interviennent sur des plans très divers, mais convergent pour stabiliser une économie didactique durablement installée et peu sensible aux contradictions :

• Des positions identitaires et corporatistes, les travaux pratiques apparaissant comme ce qui fait la spécificité de ces enseignements, notamment par rapport aux mathématiques, et nécessitant des moyens supplémentaires en matériel et des groupes réduits.

• Une vulgate de l’éducation nouvelle, selon laquelle manipuler aide à comprendre et à concevoir, un enseignement concret et un élève actif apparaissant comme un des leviers essentiels de la motivation.

• Un principe d’économie didactique qui inverse, par un jeu rhétorique, le fonctionnement normal du syllogisme (Bomchil et Darley, 1998).

Au Royaume-Uni également, une visée d'assigner de multiples buts aux pratiques expérimentales a pu mettre les enseignants en difficultés (White, 1996). Une pratique syncrétique, qui évite d’avoir à trancher entre des options difficiles, et qui conçoit l’expérience à la fois comme procédé de présentation des savoirs et comme entraîne-ment à certains types de démarches, sans décider d’aucune priorité, permet alors de combiner pragmatiquement des contraintes multiples, dont celle du temps n’est pas la moindre. Mais n’est-ce pas ce que demandent, à un siècle d’intervalle, les Instructions Officielles françaises?

• "L’enseignement scientifique bien compris donne tout à la fois le savoir, la discipline et l’éveil" (1891).

G. " L’élève construit activement son savoir, acquiert des méthodes et des techniques en élaborant et en conduisant (seul, en équipe ou collectivement) une démarche d’investigation explicative des phénomènes étudiés" (1992).

Pour contribuer à éclairer les enjeux éducatifs et à effectuer des choix de situations et d'animation pédagogiques, j'ai présenté plusieurs modes didactiques dans la constitution d'un référent empirique (textes 17, 27).

Plusieurs modes didactiques

En m'appuyant sur trois exemples, extraits de la littérature, j'ai avancé une première analyse des contextes et des objectifs possibles des activités expérimentales dans différents modes didactiques. Ces modes, en relation avec différents registres épistémologiques, ne représentent pas des étapes mais des moments possibles à l'intérieur d'un apprentissage. La question de l'articulation de ces différents modes, et de leur hiérarchie, se pose :

• au niveau des choix pédagogiques successifs que doit faire un enseignant pour organiser les activités d'apprentissage des élèves,

• au niveau de l'organisation d'un curriculum.

Mode de familiarisation pratique84

La logique de commande de ce mode est l'exploration et l'imitation. Dans une pers-pective génétique, il correspond soit à l'initiation scientifique du jeune enfant, soit à l'abord d'un nouveau sujet d'étude. Les situations ont pour but de familiariser l'élève à des phénomènes et des objets, de l'inciter à un questionnement, de lui faire acquérir des savoir-faire préalables et des techniques d'investigation (instruments et procédures), de constituer un référent empirique. Les activités s'enracinent dans la complexité, la variabilité, la diversité et la singularité de situations réelles, de pratiques sociales (jardinage, élevage, santé et hygiène, industries agro-alimentaires…) ou re-construites pour le scolaire. De façon caricaturale, le mode de familiarisation pratique pourrait être dénommé comme représentant celui des "expériences-action" et de l'"expérienciation".

84

Mode d'investigation empirique

La logique d'un mode d'investigation est de construire et de résoudre des problèmes avec une approche qui reste ouverte, et une dynamique d'étonnement et de questionnement. Dans ce mode d'"expérience-objet" et d'"expérimentation", la com-mande se situe au niveau des méthodes. Les situations ont pour but d'initier l'élève à des raisonnements scientifiques, de lui faire utiliser les instruments et les procédures d'une réelle investigation., de lui faire approcher la résistance du réel. Comme J. Désautels et M. Larochelle l'ont proposé dans leurs études (1993)85, ce mode didactique peut également développer la métacognition et le retour sur les démarches suivies. Le raisonnement logico-mathématique ne rentre cependant pas seul en ligne de compte et les situations proposées recouvrent des dimensions beaucoup plus vastes, d'apprentissages méthodologiques, de mise à l'épreuve de la résistance du réel, de développement d'un esprit critique face au possible artefact et à l'interactivité des variables.

D'un point de vue pédagogique, les situations d'investigation, empirique ou docu-mentaire, apparaissent très variées. L'élève mène un mini-projet, ou il met en oeuvre, en tout ou en partie, une réelle démarche d'investigation scientifique : recherche biblio-graphique, problématisation, investigation dont expérimentation, conception et réalisation de protocoles, communication, discussion. Les situations peuvent permettre d'articuler des phases d'exploration, avec des observations divergentes, et des phases de validation de proposition, avec observations convergentes. La créativité et la logique, ainsi que de nombreuses opérations mentales concernant l'argumentation, l'induction et la déduction, sont sollicitées.

Ce mode pourrait être comparé au SCI, module d'activités pratiques d'investigation ouverte, du curriculum de Grande-Bretagne. Cependant dans le cadre de SCI, une seule démarche est valorisée —la démarche analytique de résolution de problèmes avec séparation stricte de facteurs — démarche qui ne convient pas toujours pour les investigations en biologie. Ce mode recouvre également les perspectives de l'option sciences expérimentales de première S des lycées français, en particulier par l'attention portée, dans les textes officiels, à la bibliographie.

Mode d'élaboration théorique

Dans ce mode, la commande essentielle est le savoir théorique à construire, sa validation et son application. Les expériences, réalisées ou simplement évoquées, peuvent être qualifiées d'"expérience-outil" ou d'"expérience-validation". Elles ont pour but d'élargir le référent empirique, de participer à la construction de concepts et à l'élaboration de modèles scientifiques. L'élève est sollicité pour effectuer de nombreux allers-retours entre référent empirique et conceptualisation. Il peut ainsi explorer les domaines de validité des constructions théoriques, en éprouver la pertinence et, si possible, étendre leur domaine d'application.

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DÉSAUTELS, J. & LAROCHELLE, M. (1993). Constructivistes au travail : propos d'étudiants et d'étudiantes sur leur idée de science. Aster 17 : 13-39.

Il serait tentant soit d’amalgamer ces trois logiques au cours d’une même activité, soit d’affecter chacune à un niveau donné d’enseignement, mais c'est l'articulation raisonnée des trois modes qui soutient une formation scientifique. Ainsi, le mode de familiarisation pratique, essentielle à l’école primaire, l'est encore au secondaire, quand on propose du matériel dont l’utilisation efficace nécessite la maîtrise de savoirs complexes. Si le mode d'élaboration théorique s'impose dans le second cycle, il concerne, d'une autre façon, les plus jeunes, les activités expérimentales devant déboucher sur des acquis conceptuels identifiés, même modestes. Nous reprendrons plus loin la question de l'articulation de ces modes dans une perspective curriculaire.

Différents contrôles pédagogiques

L'enseignant adapte ses interventions à ses objectifs : le contrôle pédagogique des situations, en relation avec les trois modes didactiques, sera donc le reflet de cette adaptation. Le tableau (extrait du texte 17) résume le point de vue didactique du contexte et des buts des pratiques expérimentales dans chacun de ces trois modes, ainsi que le point de vue pédagogique de la nature du dispositif mis en place pour l'élève et du guidage de l'enseignant.

Interactions didactiques

A. Dumas Carré et A. Weil-Barais (1998)86 ont analysé et comparé les interactions didactiques que le professeur favorise, dans une posture soit de tutelle soit de médiateur. Dans le cadre de la tutelle, c'est l'exécution des tâches qui détermine ses interventions, alors que dans un cadre de médiation, c'est le rapport au savoir qui est travaillé. Ce cadre d'analyse pourrait être repris pour mieux décrire les modalités d'intervention de l'enseignant selon les différents modes didactiques. Une première approche (texte 39), qu'il faudrait approfondir, laisse envisager une répartition des rôles de tutelle et de médiation dans un mode de familiarisation pratique et dans celui